JP5848351B2 - Reactive flow static mixer with crossflow obstruction - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、反応化学プロセスにおけるホスゲンおよびアミンの混合など、流体成分を混合するための混合装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a mixing device for mixing fluid components, such as mixing phosgene and amine in a reactive chemical process.
従来の混合デバイスの分野は、2つの主要な分野、動的ミキサ、すなわち機械的ミキサと、静的ミキサとに大まかに分類することができる。動的ミキサまたは機械的ミキサは、成分の所望のまたは完全な混合を確保するために、あるタイプの可動パーツまたは複数の可動パーツに依拠する。静的ミキサは、一般的には目立った可動パーツを有さないが、その代わりに、混合を促進するために、混合される流体内における流れ特性(プロファイル)および圧力差に依拠する。本開示は、主に静的ミキサに関するが、動的ミキサとの組合せでも利用可能である。 The field of conventional mixing devices can be broadly classified into two main areas: dynamic mixers, ie mechanical mixers and static mixers. A dynamic or mechanical mixer relies on some type of moving part or parts to ensure the desired or complete mixing of the components. Static mixers generally do not have conspicuous moving parts, but instead rely on flow characteristics (profiles) and pressure differences within the fluid being mixed to facilitate mixing. The present disclosure primarily relates to static mixers, but can also be used in combination with dynamic mixers.
イソシアネートは、N=C=O官能基を特徴とする分子である。幅広く使用されるイソシアネートの殆どが、芳香族化合物である。2つの芳香族イソシアネート、すなわちトルエンジイソシアネート(TDI)およびメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)が、商業的に広く生成されている。イソシアネートは、ポリオールと反応してポリウレタンを形成することができる。主要なポリウレタンの適用例は、良質な絶縁体であり電気器具業、自動車業、および建設業において多用される硬質発泡体、ならびにマットレス用途および家具用途において使用され得る軟質発泡体である。さらに、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネートもまた、広く生成され、アブレージョンコーティングおよびUV耐性コーティングなどの特殊用途において使用される。 Isocyanates are molecules characterized by N = C = O functional groups. Most of the widely used isocyanates are aromatic compounds. Two aromatic isocyanates are widely produced commercially, namely toluene diisocyanate (TDI) and methylene diphenyl diisocyanate (MDI). Isocyanates can react with polyols to form polyurethanes. Major polyurethane applications are high quality insulators and rigid foams frequently used in the appliance, automotive and construction industries, and soft foams that can be used in mattress and furniture applications. In addition, aliphatic isocyanates such as hexamethylene diisocyanate are also widely produced and used in special applications such as abrasion coatings and UV resistant coatings.
混合は、イソシアネートの生成において重要である。イソシアネート生成物の品質および歩留まりは、マルチステップ化学反応ネットワークにより左右される。このプロセスの第1のステップにおいては、2つの反応物(アミンおよびホスゲン)連続流が、混合される。最終的には、尿素および他の尿素誘導体を形成するホスゲン化生成物とアミンとの間における反応などの二次反応により、生成物組成の品質が低下する。イソシアネートの生成を望んでも、二次反応により望ましくない生成物が得られる。これらの二次反応のいくつかは、尿素ならびにカルボジイミドおよびウレトンイミンのような尿素誘導体などの生成物を生成すると考えられる。この化学反応全体は、以下のように説明することが可能である。
アミン+ホスゲン→イソシアネート+塩酸+尿素+カルボジイミド+ウレトンイミン+望ましくない生成物
Mixing is important in the formation of isocyanate. The quality and yield of the isocyanate product depends on the multi-step chemical reaction network. In the first step of the process, a continuous stream of two reactants (amine and phosgene) is mixed. Ultimately, secondary reactions such as reactions between phosgenated products that form urea and other urea derivatives and amines reduce the quality of the product composition. Even if the formation of isocyanate is desired, the secondary reaction yields an undesirable product. Some of these secondary reactions are thought to produce products such as urea and urea derivatives such as carbodiimide and uretonimine. The entire chemical reaction can be explained as follows.
Amine + phosgene → isocyanate + hydrochloric acid + urea + carbodiimide + uretonimine + undesirable product
多数の公知のおよび未知の要素が、一次反応の性質を制御するが、ホスゲン対アミンの比率の上昇、溶剤中におけるアミンの希釈、または混合の改善により、望ましくない副生成物の形成が最小限に抑えられる。これらの望ましくない副生成物のいくつかは、固体であり、プロセス装置内における付着に繋がる場合がある。 A number of known and unknown factors control the nature of the primary reaction, but the formation of undesirable by-products is minimized by increasing the ratio of phosgene to amine, diluting the amine in the solvent, or improving mixing. Can be suppressed. Some of these undesirable by-products are solid and can lead to deposition in the process equipment.
その結果、不適切な混合を伴うミキサ設計により、所望の生成物の歩留まり全体がより低下する恐れがあり、または反応器システムを閉塞させるもしくは反応器システムに付着する生成物が生成されることによって休止時間の必要および/またはメンテナンスコストの上昇をもたらす恐れがある。 As a result, the mixer design with inadequate mixing may result in a lower overall yield of the desired product, or by creating a product that plugs or adheres to the reactor system. There may be a need for downtime and / or increased maintenance costs.
図1は、先行技術の静的ミキサ内におけるホスゲンの濃度を概略的に図示する。図1は、ホスゲン流1が左から右に進み、アミン流2が筒状(円筒状)導管3を貫通して形成された噴射口4からホスゲン流1内に注入される、筒状導管3の部分断面図を示す。アミンがホスゲンを縦断しホスゲンと反応すると、一次反応および二次反応が引き起こされる。アミン流1が進入する距離Lに位置する円5は、ホスゲン濃度が比較的低い(ほぼゼロ)、噴射口4の下流側の領域を図示する。ホスゲンとアミンとの反応は、発熱性であるため、円5の周囲の領域は、高温となる。ホスゲン濃度の低さおよび高温により、望ましくない二次反応の成立、および副生成物の生成が促進される。
FIG. 1 schematically illustrates the concentration of phosgene in a prior art static mixer. FIG. 1 shows a
ホスゲンおよびアミンの混合を改善することにより望ましくない副生成物の生成を制限する静的ミキサを有することが、望ましい。 It would be desirable to have a static mixer that limits the formation of undesirable by-products by improving the mixing of phosgene and amine.
本発明の実施形態は、単体、または動的ミキサとの組合せで使用可能な静的混合装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a static mixing device that can be used alone or in combination with a dynamic mixer.
静的混合装置の一実施形態は、内部容積を画成する筒状側壁部を備える混合導管を提供する。1つまたは複数の噴射口が、筒状側壁部を貫通して内部容積まで形成され、1つまたは複数の流れ障害体(妨害体)が、内部容積内に配設され、各流れ障害体が、対応する孔の上流に整合されて、噴射貫入および噴射混合に関するクロスフロー(交差流、直交流)を改善し、混合導管内における逆混合を低減させる。 One embodiment of a static mixing device provides a mixing conduit with a cylindrical side wall that defines an internal volume. One or more injection ports are formed through the cylindrical side wall to the internal volume, and one or more flow obstructions (disturbances) are disposed in the internal volume, each flow obstruction being , Aligned upstream of corresponding holes to improve cross-flow (cross-flow, cross-flow) for injection penetration and injection mixing and reduce back-mixing in the mixing conduit.
本発明の別の実施形態は、環状チャンバの1つまたは複数の外側壁部を画定する1つまたは複数の流体受け導管と、環状チャンバの少なくとも内側壁部を画定する第1の導管内に配設された本発明の混合導管であって、環状チャンバが混合導管の1つまたは複数の噴射口と流体連通状態にある、混合導管とを備える、静的ミキサを提供する。 Another embodiment of the present invention is disposed within one or more fluid receiving conduits defining one or more outer walls of the annular chamber and a first conduit defining at least an inner wall of the annular chamber. A static mixer is provided comprising the mixing conduit of the present invention, wherein the annular chamber is in fluid communication with one or more outlets of the mixing conduit.
本発明の上記特徴を詳細に理解することが可能となるように、上記では簡潔な要約として示した本発明のさらに具体的な説明を、一部が添付の図面に図示される複数の実施形態を参照として行う。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すものに過ぎず、したがって本発明の範囲を限定するものとして見なされるべきではない点に留意されたい。なぜならば、本発明は、他の同様に有効な実施形態を許容し得るからである。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order that the above features of the present invention may be understood in detail, a more particular description of the invention, given above as a brief summary, is presented in several embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. As a reference. It should be noted, however, that the attached drawings are merely illustrative of exemplary embodiments of the invention and are therefore not to be considered as limiting the scope of the invention. This is because the present invention may allow other equally effective embodiments.
理解を容易にするために、可能な場合には、図面間において共通する同一の要素を指すために同一の参照数字を使用した。一実施形態において開示される要素が、特に記載することなしに他の実施形態において有利に利用され得ることが企図されている。 To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common between the figures. It is contemplated that elements disclosed in one embodiment may be advantageously utilized in other embodiments without specific description.
本発明の実施形態は、混合が律速段階であり、望ましくない生成物の形成を引き起こし得る、化学反応を伴うまたは伴わない用途において、成分を混合するための静的混合装置に関する。特に、本発明の実施形態は、高反応性化学反応の際にホスゲンおよびアミンなどの流体成分を混合するための混合装置を提供する。 Embodiments of the present invention relate to a static mixing device for mixing components in applications with or without chemical reactions, where mixing is the rate limiting step and can cause the formation of undesirable products. In particular, embodiments of the present invention provide a mixing device for mixing fluid components such as phosgene and amines during highly reactive chemical reactions.
本発明の静的ミキサは、ホスゲンとMDAとを反応させてMDIを形成するなど、工業的な反応プロセスにおいて高速混合を可能にするように設計される。本発明の実施形態は、ホスゲンがアミン流を包み込み、二次反応を最小限に抑えることが可能である、静的ミキサを提供する。流体を混合させるために使用されるエネルギーは、混合デバイス内における圧力低下から得られる。本発明の静的ミキサは、高い生成速度を可能にすると共に、適度な圧力低下を維持し、生成物の品質を向上させる、噴射混合プロセスを向上させる。 The static mixer of the present invention is designed to allow high speed mixing in industrial reaction processes, such as reacting phosgene and MDA to form MDI. Embodiments of the present invention provide a static mixer in which phosgene can wrap the amine stream and minimize secondary reactions. The energy used to mix the fluid is derived from the pressure drop in the mixing device. The static mixer of the present invention improves the jet mixing process that allows for high production rates and maintains a moderate pressure drop to improve product quality.
本発明の実施形態は、第1の流れが、導管を通過し、導管を貫通して形成された1つまたは複数の噴射口により導管内に注入される第2の流れと合流する際に、第1の流れ、すなわち典型的には主要クロスフローにおいてある速度特性(プロファイル)を生じさせる。一実施形態においては、第1の流れの速度特性は、導管内の上流に配置された1つまたは複数の流れ障害体により生成される。1つまたは複数の流れ障害体は、ホスゲンなどの第1の流れを、アミンなどの第2の流れの周囲に配向する。流れ障害体により、アミン噴射口付近のホスゲン欠乏領域が最小限に抑えられ、ホスゲンがアミン流をより良好に包み込む。 Embodiments of the present invention provide that when the first flow merges with a second flow that passes through the conduit and is injected into the conduit by one or more jets formed through the conduit. A certain velocity characteristic (profile) is produced in the first flow, typically the main cross flow. In one embodiment, the first flow velocity characteristic is generated by one or more flow obstructions located upstream in the conduit. The one or more flow obstructions direct a first stream, such as phosgene, around a second stream, such as an amine. The flow obstruction minimizes the phosgene deficient area near the amine jet, and phosgene better wraps the amine stream.
本発明の一実施形態は、導管の外周部を貫通して形成される少なくとも1つの孔を有する導管と、この少なくとも1つの孔の上流において導管内に配設された少なくとも1つの障害体を有する静的ミキサを提供する。混合の際には、第1の流れ成分は、導管を通り流れ、少なくとも1つの障害体を通過し、次いで、対応する少なくとも1つの孔を通り導管に進入する第2の流れに衝突する。 One embodiment of the invention has a conduit having at least one hole formed through the outer periphery of the conduit and at least one obstacle disposed in the conduit upstream of the at least one hole. Provide a static mixer. Upon mixing, the first flow component flows through the conduit, passes through the at least one obstacle, and then impinges on the second flow entering the conduit through the corresponding at least one hole.
図2Aは、本発明の一実施形態による静的ミキサ用の混合導管100の部分断面図である。図2Bは、図2Aの混合導管100の斜視図である。
FIG. 2A is a partial cross-sectional view of a mixing
混合導管100は、内部容積107を画成する筒状側壁部101を備える。第1の流れ105は、混合導管100の入口端部108から内部容積107に進入するように設定される。混合導管100は、中心軸106を有する。
The mixing
複数の孔102が、混合導管100の外周部の周囲に筒状側壁部101を貫通して形成される。複数の孔102は、混合導管100の内部容積107に第2の流れ104を注入するように構成される。一実施形態においては、複数の孔102は、混合導管100の外周部の周囲に均等に分布する。
A plurality of
図2Aは、各孔102がテーパ形状を有するのを図示する。孔102のこのテーパ形状により、第2の流れ104が混合導管100に進入する際に、第2の流れ104が中心軸106のより近傍を通り抜けることが可能となるように、第2の流れ104においてある速度特性が生成される。しかし、他の設計の孔102を使用してもよい。少なくとも一部が共通の発明者によるものであり、テーパ状孔を有する静的ミキサに関する、米国特許公開第2008/0087348号として公開された、2005年7月7日に出願の米国特許出願第11/658,193号が、参照により本明細書に組み込まれる。
FIG. 2A illustrates that each
混合導管100は、混合導管100の複数の孔102と入口端部108との間に配設された複数のスポーク103をさらに備える。複数のスポーク103はそれぞれ、第1の流れ105が対応する孔102に到達する手前において第1の流れ中に流れ障害体を与えるように、対応する孔102と整合される。
The mixing
一実施形態においては、複数のスポーク103は、筒状側壁部101を通して混合導管100内に挿入される。各スポーク103は、内側端部1031および外側端部1032を有してもよい。内側端部1031は、外側端部1032よりも小さく、そのため、外側端部1032は、内側端部103aが筒状側壁部101を貫通することにより混合導管100に進入した後に、開口を塞いで混合導管100を封止する。各スポーク103は、対応する孔102と直接的に整合されるため、スポーク103は、各孔102からの第2の流れ104の進入部の上流において、第1の流れの速度低下を生じさせ、したがって、第2の流れ104が内部容積107の内部により深く貫入するのを可能にし、混合を改善させる。
In one embodiment, the plurality of
様々な要素が、処理条件に応じて混合を改善させるために調節されてもよい。例えば、孔102とスポーク103との間の距離109、各スポーク103のサイズ、スポーク103の取付け角度、各スポーク103の長さ、スポーク103の形状、および対応する孔102の設計を調節することが可能である。
Various factors may be adjusted to improve mixing depending on the processing conditions. For example, the
混合の際に、第1の流れ105は、入口端部108から混合導管100に進入し、複数のスポーク103と衝突する。複数のスポーク103は、第1の流れ105のクロスフローの下流において第2の流れ104を遮蔽し、孔102からの第2の流れ同士の間の空間における第1の流れ105の速度を上昇させる。
During mixing, the
図3は、本発明の一実施形態による静的ミキサ150の断面図である。静的ミキサ150は、長手方向軸線156を有する第1の流れ導管153内に装着された第2の流れ導管155により形成されるクロスフローチャンバを画成する。図2Aに図示するように、混合導管100は、混合導管100が第1の流れ導管153と同軸状になり、複数の孔102が第2の流れ導管155および混合導管100の内部容積107と流体連通するように、第1の流れ導管153内に配設される。混合導管100は、導管壁部154および155により形成される環状チャンバの少なくとも内側壁部を画定し、この環状チャンバは、混合導管100の1つまたは複数の噴射口と流体連通状態にある。混合流れ157は、混合導管100と同軸の第1の流れ導管153の出口端部158を通り出る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a
混合導管100は、第2の流れ導管155から第1の流れ導管153を隔離し、これにより、第2の流れ104は、混合導管100中の複数の孔102により第2の流れ105とのみ混合することが可能となる。第1の流れ105は、第1の流れ導管153の入口端部152から混合導管100に進入し、複数のスポーク103を通過し、次いで、複数の孔102を通り第2の導管155から混合導管100に進入する第2の流れ104と混合する。混合流れ157は、出口端部158を通り混合導管100から出る。一実施形態においては、第1の流れ導管153内の流れ領域は、例えば流れ特性に縮小または拡張をもたらすためなど、様々であってもよい。
The mixing
混合導管100は、他の混合デバイスと共に使用し得る点に留意されたい。様々な混合導管が、本発明の静的ミキサと共に使用することができる。
It should be noted that the mixing
図4A〜図4Dは、異なる角度で取り付けられた様々な障害体を有する混合導管の様々な実施形態を概略的に図示する。 4A-4D schematically illustrate various embodiments of a mixing conduit having various obstacles attached at different angles.
図4Aは、図2Aの混合導管100と同様の混合導管100aを図示する。混合導管100aは、混合導管100aの中心軸106に対して垂直である平面110に対して平行に取り付けられた複数のスポーク103aを有する。図4Bは、平面110に対して角度αで取り付けられた複数のスポーク103bを有する混合導管100bを図示する。複数のスポーク103bの端部は、下流方向に角度を付けられる。図4Cは、平面110に対して角度βで取り付けられた複数のスポーク103cを有する混合導管100cを図示する。複数のスポーク103dの端部は、上流方向に角度を付けられる。図4Dは、平面110に対して取り付けられた複数の湾曲スポーク103dを有する混合導管100dを図示する。複数のスポーク103dは、導管100dの外側領域において上流方向に角度を付けられ、導管100dの中心付近においては下流方向に角度を付けられる。障害体の形状と組み合わせて配向に角度を付けることにより、第1の流れと第2の流れとの間における横断面相互作用をさらに向上させることが可能となる。
FIG. 4A illustrates a mixing conduit 100a similar to the mixing
図5A〜図5Gは、本発明の実施形態による混合導管内において使用するためのスポークの様々な実施形態を概略的に図示する。図5A〜図5Gの各図は、スポークの断面図および上面図を含む。図5Aは、円形断面および部分的にテーパ状の端部を有するスポーク203aを図示する。図5Bは、楕円形断面およびヘッドを有さない部分的にテーパ状の端部を有するスポーク203bを図示する。図5Cは、三角形断面を有するスポーク203cを図示する。図5Dは、菱形状断面を有するスポーク203dを図示する。図5Eは、テーパ状端部を有さない菱形断面(凧形状)を有するスポーク203eを図示する。図5Fは、涙滴形状断面および完全にテーパ状の形状を有するスポーク203fを図示する。図5Gは、楕円形断面を有するスポーク203gを図示し、スポーク203fは、外側端部よりも内側端部がより大きい。
5A-5G schematically illustrate various embodiments of spokes for use in a mixing conduit according to embodiments of the present invention. Each of FIGS. 5A-5G includes a cross-sectional view and a top view of the spokes. FIG. 5A illustrates a spoke 203a having a circular cross section and a partially tapered end. FIG. 5B illustrates a
図6A〜図6Dは、本発明の実施形態による混合導管内に障害体を取り付けるための様々な機構を概略的に図示する。図6Aにおいては、スポーク103は、混合導管100の側壁部101内に単純に挿入され、その中に固定される。スポーク103は、図2Aにおいて混合導管100に装着される一方の端部(103b)の直径が大きいことにより、混合導管100内に移動するのを防止される。図6Bにおいては、複数のスポーク103は、混合導管100の内部において中央リング111に結合される。中央リング111は、これらの複数のスポーク103を定位置に保持する。一実施形態においては、中央リング111は、図7Bに図示するような中央プレートであってもよい。図6Cにおいては、混合導管100の内部の2つの同心状の中央リング111、112が、複数のスポーク103を固定するために使用される。図6Dにおいては、側壁部101の外部に配設される保持リング113が、スポーク103が混合導管100から外れるのを防止するために使用される。
6A-6D schematically illustrate various mechanisms for mounting an obstacle in a mixing conduit according to an embodiment of the present invention. In FIG. 6A, the
図7A〜図7Cは、本発明の実施形態による、中心軸の付近に様々な構成を有する混合導管を概略的に図示する。 7A-7C schematically illustrate mixing conduits having various configurations near a central axis, according to embodiments of the present invention.
図7Aは、複数の孔202の上流に位置決めされた複数のスポーク203を有する混合導管200aを図示する。スポーク203は、混合導管200aの中心軸206には届かず、それにより混合導管200aの中央領域付近に円形ギャップ210が残される。混合導管200aの中心付近においてはクロスフロー205に対する障害体は存在しない。
FIG. 7A illustrates a mixing conduit 200 a having a plurality of
図7Bは、混合導管200bの中心付近において複数のスポーク203に対して固定されたディスク211を有する混合導管200bを図示する。混合導管200bの側面図は、図8Aに図示する。ディスク211は、スポーク203を固定するだけではなく、さらにクロスフロー205に対する追加的な障害体となる。ディスク211による障害により、混合導管200b内の断面積が縮小することによって、クロスフロー205の速度がさらに上昇する。また、ディスク211は、中心軸206の付近にクロスフロー205の欠乏をもたらすことにより、孔202からの流れが中心軸206に到達しない状況における混合を改善させる。一実施形態においては、保持リング213が、スポーク203を固定するために混合導管200bの筒状壁部201の外部に配設される。
FIG. 7B illustrates a mixing conduit 200b having a
図7Cは、混合導管200cの中心付近において複数のスポーク203に対して固定された流線形状軸方向流れ障害体すなわち魚雷形状部212を有する混合導管200cを図示する。魚雷形状部212は、筒状中間セクションおよびテーパ状端部を有してもよい。魚雷形状部212は、図7Bのディスク211と同一の機能を果たす。さらに、魚雷形状部212は、混合導管200cの長手方向に沿った障害体にもなり、これにより、スポーク203および魚雷形状部212による障害効果が、さらに下流にまで及ぶようになる。魚雷形状部の設計に関する詳細な説明は、少なくとも一部が共通の発明者によるものである、2010年3月16日出願の米国特許出願第12/725,262号において見ることができる。これは、参照により本明細書に組み込まれる。
FIG. 7C illustrates a mixing conduit 200c having a streamlined axial flow obstruction or torpedo
図8A〜図8Cは、本発明の実施形態による、障害体に結合された中央ディスクを有する様々な混合導管を概略的に図示する。図8Aおよび図7Bにおけるディスク211などの中央ディスクが使用される場合には、調整された機能を実現するために様々なスポークを使用することができる。図8Aにおいては、テーパ形状を有する直線状スポーク2031が、混合導管200b内においてディスク211に結合される。図8Bにおいては、湾曲状羽根2032が、が、混合導管200c内において使用される。図8Cにおいては、膨張収縮羽根2033が、混合導管200d内において使用される。これらの羽根は、流れ配向器としての役割を果たし、有利な速度特性を生成するように設計することが可能である。
8A-8C schematically illustrate various mixing conduits having a central disk coupled to an obstacle according to an embodiment of the present invention. If a central disk such as
図9は、本発明の一実施形態による、複雑な障害体を有する混合導管300を概略的に図示する。2セット以上のスポークが、混合導管300内において使用されてもよい。図9に図示するように、2セットのスポーク303a、303bが、混合導管300の側壁部301を貫通して形成された複数の孔302の上流に配設される。一実施形態においては、各スポーク303a、303bは、各孔302と整合されてもよい。別の実施形態においては、スポーク303a、303bは、相互に厳密には整合されないようなものであってもよい。さらなる実施形態においては、これらのセットのスポークは、形状および/または寸法において異なる。
FIG. 9 schematically illustrates a mixing
上述のスポークの実施形態は、様々な孔の設計との組合せで使用されてもよい。図10A〜図10Dは、本発明の実施形態による、複雑な噴射口を有する混合導管を概略的に図示する。 The spoke embodiments described above may be used in combination with various hole designs. 10A-10D schematically illustrate a mixing conduit having a complex jet, according to an embodiment of the present invention.
図10Aは、2セットの孔402a、402bの上流に位置決めされた複数のスポーク403を有する混合導管400aの断面図を概略的に示す。孔402aは、溶剤でまたは主要流れ中の成分で第2の流れを冷却および/または希釈するために使用され得る孔402bの上流に位置決めされる。クロスフロー405は、それぞれ孔402a、402bからの2セットの噴射流411、412と、異なる長手方向位置において混合されることとなる。複数のスポーク403は、両セットの孔402a、402bに対する障害体となる。
FIG. 10A schematically illustrates a cross-sectional view of a mixing conduit 400a having a plurality of
図10Bは、2セットの孔402c、402dの上流に位置決めされた複数のスポーク403を有する混合導管400bの断面図を概略的に示す。孔402cは、孔402dの内部に形成される。孔402cからの噴射流413は、溶剤でまたは主要流れ中の成分で第2の流れを冷却および/または希釈するために使用され得る孔402dからの噴射流414とは異なる流量を有してもよい。クロスフロー405は、2セットの噴射流413、414と、実質的に同一の長手方向位置において混合されることとなる。複数のスポーク403は、両セットの孔402c、402dに対する障害体となる。
FIG. 10B schematically shows a cross-sectional view of a mixing
図10Cは、混合導管400cの中心軸406に対して垂直な平面410に対して相対的に角度を付けられた複数の孔402eの上流に位置決めされた複数のスポーク403を有する混合導管400cの断面図を概略的に示す。
FIG. 10C shows a cross section of a mixing
図10Dは、2セットの孔402e、402fの上流に位置決めされた複数のスポーク403を有する混合導管400dの断面図を概略的に示す。混合導管400dは、孔402eおよび402fが異なる角度で傾斜を付けられる点を除けば、混合導管400aと同様である。
FIG. 10D schematically shows a cross-sectional view of a
本明細書に記載する障害体と組み合わせ得る他の噴射口の詳細な説明は、少なくとも一部が共通の発明者によるものである、2010年3月16日出願の米国特許出願第12/725,266号において見ることができる。これは、参照により本明細書に組み込まれる。 A detailed description of other jets that may be combined with the obstacles described herein is at least in part by a common inventor, US patent application Ser. No. 12/725, filed Mar. 16, 2010. It can be seen in No.266. This is incorporated herein by reference.
本発明の実施形態は、MDI生成プロセスにおけるような、第1の流れとしてのホスゲンと第2の流れとしてのアミンとの混合において使用される。静的ミキサの性能は、ウレトンイミンなどの望ましくない副生成物のレベル、および静的ミキサ内における圧力損失により決定される。一実施形態においては、第2の流れは、メチレンジフェニルジアミン、トルエンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンの中の少なくとも1つを含む。本発明の実施形態による流れ障害体を有する混合導管は、形成される尿素、カルボジイミド、およびウレトンイミンの量が、障害体が内部容積内に配設されない方法における量よりも少なくなるように、第1の流れ内における速度特性を変更する。複数のミキサの性能比較を、表1に示す。 Embodiments of the present invention are used in mixing phosgene as the first stream and amine as the second stream, such as in an MDI production process. The performance of a static mixer is determined by the level of undesirable by-products such as uretonimine and the pressure loss within the static mixer. In one embodiment, the second stream comprises at least one of methylene diphenyl diamine, toluene diamine, and hexamethylene diamine. A mixing conduit having a flow obstruction according to an embodiment of the present invention is such that the amount of urea, carbodiimide, and uretonimine formed is less than in an amount where the obstruction is not disposed within the internal volume. Change the velocity characteristics in the flow. Table 1 shows the performance comparison of the plurality of mixers.
表1に示すミキサに関して、アミン噴射口の個数、サイズ、および形状は、一定のものとした。オプション1は、図1に図示するような、上流に流れ障害体を有さない先行技術を表す。オプション2は、図7Bに示すミキサを表す。オプション2は、オプション1に比較して、クロスフローホスゲン流の圧力損失がわずかに変化するだけで、望ましくない副生成物すなわちウレトンイミンを減少させる。オプション3は、図7Aに示す設計を表す。オプション3は、ウレトンイミンのレベルについては殆ど改善が見られないが、圧力低下の変化もまた、より小さい。オプション4は、図2A〜図2Bに示すスパイクミキサである。オプション4は、先述のオプション2および3に比較して、ウレトンイミンがより多く減少する。オプション5は、図7Cに示す設計を表す。オプション5は、最も低量のウレトンイミンをもたらすが、中央クロスフローの顕著な障害により最大のホスゲン圧力低下をももたらす。
With respect to the mixer shown in Table 1, the number, size, and shape of the amine injection ports were constant.
前述の内容は、本発明の実施形態に関するものであるが、本発明の基本範囲から逸脱することなく、本発明の他のおよびさらなる実施形態を案出することができる。 While the foregoing is directed to embodiments of the present invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof.
1 ホスゲン流
2 アミン流
3 筒状導管
4 噴射口
5 円
100 混合導管
100a 混合導管
100b 混合導管
100c 混合導管
100d 混合導管
101 筒状側壁部
102 孔
103 スポーク
1031 内側端部
1032 外側端部
104 第2の流れ
105 第1の流れ
106 中心軸
107 内部容積
108 入口端部
109 距離
110 平面
111 中央リング
112 中央リング
113 保持リング
150 静的ミキサ
152 入口端部
153 第1の流れ導管
154 導管壁部
155 第2の流れ導管
156 長手方向軸線
157 混合流れ
158 出口端部
200a 混合導管
200b 混合導管
200c 混合導管
200d 混合導管
200e 混合導管
201 筒状壁部
202 孔
203 スポーク
203a スポーク
203b スポーク
203c スポーク
203d スポーク
203e スポーク
203f スポーク
203g スポーク
2031 テーパ形状を有する直線状スポーク
2032 湾曲状羽根
2033 膨張収縮羽根
205 クロスフロー
206 中心軸
210 円形ギャップ
211 ディスク
212 魚雷形状部
213 保持リング
300 混合導管
301 側壁部
302 孔
303a スポーク
303b スポーク
400a 混合導管
400b 混合導管
400c 混合導管
400d 混合導管
402a 孔
402b 孔
402c 孔
402d 孔
402e 孔
402f 孔
403 スポーク
405 クロスフロー
406 中心軸
410 平面
411 噴射流
412 噴射流
413 噴射流
414 噴射流
1
Claims (16)
内部容積を画成する筒状側壁部であって、1つまたは複数の噴射口が、前記筒状側壁部を貫通して形成され、かつ前記内部容積とつながる、筒状側壁部と、
前記内部容積内に配設された1つまたは複数の流れ障害体であって、各流れ障害体が、対応する孔の上流に整合される、1つまたは複数の流れ障害体と、を備え、
前記1つまたは複数の噴射口が、前記筒状側壁部の外周部に沿って形成された複数の前記孔を含み、前記1つまたは複数の流れ障害体は、前記筒状側壁部の前記外周部に沿って前記内部容積内に挿入された複数のスポークを備え、
前記複数のスポークがそれぞれ、第1の流れが複数の前記孔に到達する手前において前記第1の流れ中に前記流れ障害体を与えるように、前記孔と整合される、混合導管。 A mixing conduit,
A cylindrical side wall defining an internal volume, wherein one or more injection ports are formed through the cylindrical side wall and are connected to the internal volume; and
One or more flow obstructions disposed within the internal volume, each flow obstruction being aligned upstream of a corresponding hole , and
The one or more injection ports include a plurality of the holes formed along the outer periphery of the cylindrical side wall, and the one or more flow obstructions are the outer periphery of the cylindrical side wall. Comprising a plurality of spokes inserted into the internal volume along a portion;
Wherein the plurality of spokes each, as the first flow gives the flow disturbance member in the first stream in the front to reach a plurality of said holes, Ru is aligned with said hole, mixing conduit.
1つまたは複数の流体受け導管であって、環状チャンバの1つまたは複数の外側壁部を画定する、流体受け導管と、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の混合導管であって、前記混合導管は、前記環状チャンバの少なくとも内側壁部を画定する第1の導管内に配設され、前記環状チャンバは、前記混合導管の1つまたは複数の噴射口と流体連通する、混合導管と、を備える静的ミキサ。 A static mixer,
One or more fluid receiving conduits that define one or more outer walls of the annular chamber;
12. The mixing conduit according to any one of claims 1 to 11 , wherein the mixing conduit is disposed in a first conduit that defines at least an inner wall portion of the annular chamber, the annular chamber comprising: A static mixer comprising: a mixing conduit in fluid communication with one or more outlets of the mixing conduit.
第1の流れを流すステップであって、前記第1の流れが、請求項1〜12のいずれか一項に記載の前記混合導管の長手方向に沿っており、前記混合導管の前記1つまたは複数の障害体は、前記混合導管の前記1つまたは複数の噴射口の上流に位置する、第1の流れを流すステップと、
第2の流れを流すステップであって、前記第2の流れが、請求項1〜12のいずれか一項に記載の前記混合導管の前記1つまたは複数の噴射口を通る、第2の流れを流すステップと、を含む方法。 A method for mixing,
Flowing a first flow, wherein the first flow is along the length of the mixing conduit according to any one of claims 1 to 12 , wherein the one or A plurality of obstacles flow a first flow located upstream of the one or more outlets of the mixing conduit;
A step of flowing a second stream, said second stream, through said one or more jets of said mixing conduit according to any one of claims 1 to 12, a second flow Flowing the method.
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